馬玉婷， 孫紹儒， 陳江娜， 孫紀(jì)康

(1.北京清華同衡規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京100085；2.北京北重汽輪機(jī)電機(jī)有限責(zé)任公司，北京100043)

1 概述

熱負(fù)荷延續(xù)時(shí)間圖是將任意室外溫度對(duì)應(yīng)的熱負(fù)荷(指供暖熱負(fù)荷)按照大小排序，結(jié)合熱負(fù)荷延續(xù)時(shí)間(即任意室外溫度的持續(xù)時(shí)間)繪制的[1]159，在集中供熱工程上具有重要的作用，尤其是在確定熱源規(guī)模與配置、供熱介質(zhì)的最佳參數(shù)以及熱源運(yùn)行方式等方面。

在傳統(tǒng)工作中，熱負(fù)荷延續(xù)時(shí)間圖需要通過(guò)大量計(jì)算確定關(guān)鍵參數(shù)(任意室外溫度對(duì)應(yīng)的熱負(fù)荷延續(xù)時(shí)間、熱負(fù)荷)后，再由人工繪圖，不僅占用了大量的工作時(shí)間，而且計(jì)算精度有待提高。因此，快速繪制熱負(fù)荷延續(xù)時(shí)間圖，在設(shè)計(jì)工作中具有重大的意義。本文介紹任意室外溫度對(duì)應(yīng)的熱負(fù)荷延續(xù)時(shí)間、熱負(fù)荷的計(jì)算方法，提出基于AutoCAD軟件Auto Lisp語(yǔ)言功能，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)繪制熱負(fù)荷延續(xù)時(shí)間圖的方法，并進(jìn)行有效性驗(yàn)證。

2 計(jì)算方法

目前，任意室外溫度對(duì)應(yīng)的熱負(fù)荷延續(xù)時(shí)間、熱負(fù)荷的計(jì)算方法主要采用的是無(wú)因次公式法[1]160。在采用無(wú)因次公式法進(jìn)行計(jì)算時(shí)，有以下設(shè)定原則：原則1，開(kāi)始、終止供暖的室外日平均溫度為5 ℃；原則2，以不保證時(shí)間為120 h為原則，確定供暖室外計(jì)算溫度。

① 熱負(fù)荷延續(xù)時(shí)間

任意室外溫度對(duì)應(yīng)的熱負(fù)荷延續(xù)時(shí)間t的計(jì)算式為[2]：

(1)

式中t——任意室外溫度對(duì)應(yīng)的熱負(fù)荷延續(xù)時(shí)間，h

tzh——供暖期總供暖時(shí)間，h

b、β0——計(jì)算系數(shù)

θn,d——供暖室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度，℃

θw——任意室外溫度，℃

θw,d——供暖室外計(jì)算溫度，℃

式(1)中計(jì)算系數(shù)b的計(jì)算式為：

(2)

(3)

式中μ——計(jì)算系數(shù)

θpj——供暖期室外平均溫度，℃

式(1)中計(jì)算系數(shù)β0的計(jì)算式為：

(4)

由以上計(jì)算方法可知，根據(jù)供暖地區(qū)的供暖期總供暖時(shí)間tzh、供暖室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度θn,d、供暖室外計(jì)算溫度θw,d、供暖期室外平均溫度θpj，即可由式(1)～(4)計(jì)算得到任意室外溫度對(duì)應(yīng)的熱負(fù)荷延續(xù)時(shí)間t。由式(1)可知，當(dāng)任意室外溫度與供暖室外計(jì)算溫度相等時(shí)，熱負(fù)荷延續(xù)時(shí)間為120 h，這與設(shè)定原則2相符。

② 熱負(fù)荷

任意室外溫度對(duì)應(yīng)的熱負(fù)荷Φ的計(jì)算式為：

(5)

式中Φ——任意室外溫度對(duì)應(yīng)的熱負(fù)荷，kW

Φd——設(shè)計(jì)熱負(fù)荷，kW

根據(jù)工程實(shí)際情況，選取合適的熱負(fù)荷指標(biāo)，根據(jù)供暖面積，可計(jì)算得到設(shè)計(jì)熱負(fù)荷Φd。結(jié)合供暖室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度θn,d、供暖室外計(jì)算溫度θw,d，由式(5)可計(jì)算得到任意室外溫度對(duì)應(yīng)的熱負(fù)荷Φ。當(dāng)任意室外溫度與供暖室外計(jì)算溫度相等時(shí)，熱負(fù)荷為設(shè)計(jì)熱負(fù)荷。

3 AutoCAD軟件繪制方法

筆者采用AutoCAD軟件自帶的Auto Lisp語(yǔ)言功能，通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)任意室外溫度對(duì)應(yīng)的熱負(fù)荷延續(xù)時(shí)間、熱負(fù)荷自動(dòng)計(jì)算，以及熱負(fù)荷延續(xù)時(shí)間圖的自動(dòng)繪制。Auto Lisp語(yǔ)言功能為AutoCAD軟件提供了二次開(kāi)發(fā)途徑，用戶可根據(jù)需要進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，擴(kuò)充AutoCAD軟件的功能。

在AutoCAD軟件的工具選單的Auto Lisp選項(xiàng)中直接調(diào)用Visual Lisp編輯器，按照上述計(jì)算方法在Visual Lisp控制臺(tái)界面中編寫(xiě)程序。將程序文件儲(chǔ)存為*.fas格式的插件，在AutoCAD軟件中加載此插件，輸入已知參數(shù)后運(yùn)行，即可實(shí)現(xiàn)熱負(fù)荷延續(xù)時(shí)間圖的自動(dòng)繪制。

先在程序中輸入供暖期總供暖時(shí)間tzh、供暖室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度θn,d、供暖室外計(jì)算溫度θw,d、供暖期室外平均溫度θpj、設(shè)計(jì)供暖熱負(fù)荷Φd等已知參數(shù)，計(jì)算任意室外溫度對(duì)應(yīng)的熱負(fù)荷延續(xù)時(shí)間、熱負(fù)荷，將計(jì)算結(jié)果以數(shù)組的形式儲(chǔ)存在程序中，直至任意室外溫度等于5 ℃。任意室外溫度的取值方法：將供暖室外計(jì)算溫度作為首個(gè)任意室外溫度，第2個(gè)任意室外溫度以供暖室外計(jì)算溫度為基準(zhǔn)以1 ℃為步長(zhǎng)遞增并向上圓整至整數(shù)，第3個(gè)任意室外溫度以第2個(gè)任意室外溫度為基準(zhǔn)以1 ℃為步長(zhǎng)遞增，依次類推，直至任意室外溫度等于5 ℃，結(jié)束計(jì)算。

然后程序提取儲(chǔ)存在程序中的各個(gè)任意室外溫度對(duì)應(yīng)的熱負(fù)荷延續(xù)時(shí)間、熱負(fù)荷，將任意室外溫度、熱負(fù)荷持續(xù)時(shí)間分別為坐標(biāo)系的左、右橫坐標(biāo)值，以熱負(fù)荷為縱坐標(biāo)值，在AutoCAD軟件繪圖界面中繪制熱負(fù)荷延續(xù)時(shí)間圖。需注意的是，根據(jù)不同工程的熱負(fù)荷延續(xù)時(shí)間圖的特點(diǎn)，在程序中設(shè)置不同的橫、縱坐標(biāo)縮放比例，以得到幅面大小合適的圖形。

4 算例

4.1 工程概況

以河北省張家口市崇禮區(qū)紅旗營(yíng)組團(tuán)的供熱工程專項(xiàng)規(guī)劃為例，采用AutoCAD軟件自動(dòng)繪制熱負(fù)延續(xù)時(shí)間圖。依據(jù)GB/T 51074—2015《城市供熱規(guī)劃規(guī)范》對(duì)不同類型建筑熱負(fù)荷指標(biāo)的推薦值，結(jié)合建筑節(jié)能要求及組團(tuán)實(shí)際情況，確定不同類型建筑的熱負(fù)荷指標(biāo)，見(jiàn)表1。

表1 不同類型建筑的熱負(fù)荷指標(biāo)

不同類型建筑的供熱面積見(jiàn)表2，規(guī)劃集中供熱率為90%，根據(jù)表1中各類型建筑熱負(fù)荷指標(biāo)計(jì)算預(yù)測(cè)熱負(fù)荷(見(jiàn)表2)。在表2中，居住建筑、商業(yè)建筑的預(yù)測(cè)熱負(fù)荷為經(jīng)過(guò)向上圓整后的結(jié)果，辦公建筑、工業(yè)建筑的預(yù)測(cè)熱負(fù)荷為經(jīng)過(guò)向下圓整后的結(jié)果。由表2，可計(jì)算得到總預(yù)測(cè)熱負(fù)荷為119 MW，作為設(shè)計(jì)熱負(fù)荷參與計(jì)算。

表2 不同類型建筑的供熱面積及預(yù)測(cè)熱負(fù)荷

根據(jù)GB 50736—2012《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄A選取張家口市的氣象參數(shù)，見(jiàn)表3。供暖室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度取18 ℃。

表3 張家口市的氣象參數(shù)

4.2 自動(dòng)繪制結(jié)果與驗(yàn)證

將已知參數(shù)輸入程序，經(jīng)運(yùn)算處理后由AutoCAD軟件自動(dòng)繪制的熱負(fù)荷延續(xù)時(shí)間圖見(jiàn)圖1。圖1中坐標(biāo)原點(diǎn)-13.6(0)的-13.6表示任意室外溫度的起點(diǎn)數(shù)值(即供暖室外計(jì)算溫度的數(shù)值)，0表示熱負(fù)荷延續(xù)時(shí)間、熱負(fù)荷的起點(diǎn)數(shù)值。為尊重?zé)嶝?fù)荷延續(xù)時(shí)間圖的傳統(tǒng)表達(dá)方法，圖1中任意室外溫度的起點(diǎn)選取供暖室外計(jì)算溫度(-13.6 ℃)，為實(shí)現(xiàn)任意室外溫度的系列化，從任意室外溫度為-12 ℃后坐標(biāo)值作系列化處理。

圖1 熱負(fù)荷延續(xù)時(shí)間圖

為驗(yàn)證AutoCAD軟件自動(dòng)繪制的熱負(fù)荷延續(xù)時(shí)間圖的有效性，筆者采用人工方法繪制了熱負(fù)荷延續(xù)時(shí)間圖。結(jié)果表明，由AutoCAD軟件自動(dòng)繪制的熱負(fù)荷延續(xù)時(shí)間圖與人工繪制的完全一致，證明了AutoCAD軟件自動(dòng)繪制方法的有效性。

5 結(jié)論

介紹任意室外溫度對(duì)應(yīng)的熱負(fù)荷延續(xù)時(shí)間、熱負(fù)荷的計(jì)算方法。提出基于AutoCAD軟件Auto Lisp語(yǔ)言功能，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)繪制熱負(fù)荷延續(xù)時(shí)間圖的方法。利用人工繪圖方法，對(duì)AutoCAD軟件自動(dòng)繪制方法的有效性進(jìn)行驗(yàn)證。由AutoCAD軟件自動(dòng)繪制的熱負(fù)荷延續(xù)時(shí)間圖與人工繪制的完全一致，證明了AutoCAD軟件自動(dòng)繪制方法的有效性。